智能交通信号灯如何控制电路？

城市道路交错分布，车辆穿梳，行人熙攘。那么靠什么来实现这井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通灯是城市交通的重要指挥系统。交通信号灯作为管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，对减少交通事故有明显效果。本文设计了一种以STC89C52单片机为核心，通过Zigbee模块遥控进行无线控制的智能交通灯系统，交警可通过无线遥控来实现红绿灯时间长短的改变以适应不同的交通状况和人群数量，同时数码管显示红绿灯剩余时间，充分体现了物联网的控制思想并拥有一定的应用价值和市场前景。

1、系统方案设计

文章以STC89C52单片机为核心设计了一个十字路口交通灯的无线控制系统，通过Zigbee模块遥控来实现红绿灯时间长短的改变，用两个数码管显示控制状态。系统主要包括了手持设备模块，交通信号灯控制模块以及数字显示模块三大部分。在实际交通现场中，十字路口中心距离红绿灯距离一般不超过300米，Zigbee模块的通讯距离在800米以内均能可靠传输。将Zigbee网络构建成Mesh网络结构，节点也可转发数据，进一步增强了系统的可靠性。处于十字路口中心的交警，可直接通过手持设备连接到交通灯模块。

图1 无线终端布置图

2、系统硬件设计

2.1、无线手持设备硬件设计

手持设备硬件主要包含了单片机、液晶显示、无线通信、时钟控模块等，如图2所示。在交警通过按键电路输入拟控制的信号灯与时间后，由单片机编码打包并通过Zigbee模块发送到交通灯控制模块。其中，CN3065用以系统校时和时间提示，Zigbee模块采用cc2430。

图2 无线手持设备硬件拓扑图

2.2、交通灯控制模块硬件设计

交通灯控制模块主要功能是识别数据包并发出控制指令转换信号灯。串口通讯用来与微机连接以将现场数据传输至城市监控中心，方便城市监控中心在特殊情况下进行远程控制。在十字路口交通灯中，由于在同一道中的红绿灯显示是完全一致的。因此，数码管显示电路共采用了两个一位共阳极七段数码管，两个为一组，一组数码管可以显示0至99之间的数字。STC89C52的P1口的各个引脚接300欧的电阻，再接入七段数码管。

图3 交通灯控制模块硬件拓扑图

3、系统软件设计

系统的软件设计包括了手持设备的软件设计和交通灯控制模块软件设计两个部分。文章基于IAREmbeddedWorkbench开发平台开发了手持设备和信号灯控制模块的软件程序。

3.1、手持设备软件设计

手持设备主要功能是让交警输入拟控制的交通信号灯ID和状态并将控制信号发送出去。无线通信模块CC2430带有符合Zigbee规范的协议栈Z-STACK。手持设备的Zigbee模块为协调器，其主要功能是启动Zigbee网络，更新网络节点，故仅在手持设备被激活的情况下才可进行控制。为防止发送丢包导致的误动与拒动问题，数据包采用MODBUS协议，校验方式选择CRC-16。在建立Zigbee网络后，液晶屏上会显示最新可供控制的信号灯列表。在交警输入命令后，将控制信息发送出去。

图4 手持软件通信流程图

3.2、交通灯控制模块软件设计

交通灯控制模块主要功能是加入手持设备已建立的Zigbee网络，并接收手持设备发送过来的控制命令。当申请加入网络时，将自己的ID号、日期发给手持终端以方便统一校时。若没有加入到Zigbee网络中，则按照原交通灯控制逻辑执行。

图 5 控制模块流程图

4、结束语

文章以交警控制交通灯的实际需求出发，结合了物联网的控制思想，设计了一套交警无线手持交通灯控制系统。该系统通过Zigbee网络，可将交警的控制信息传输至控制模块，最终实现了执勤交警无线控制交通灯的需求。整套系统以低功耗、低成本为设计思路，工作稳定可靠，无线网络灵活可靠，适用于大规模推广。

“前方绿灯人员通行、前方红灯请勿通行。”近日，有不少市民发现过人行横道时有了语音提醒了。“语音提醒很人性化，大家更不好意思闯灯违法，也是一种执法思路。”市民李女士惊喜地告诉记者。

在张家口市新华街与至善街交叉路口可以看见，三个路口的人行横道前都设立了“新型红绿灯”。红灯或是绿灯时都会提醒行人。灯杆的中部带有电子显示屏，实时显示来往行人的情况。现场有市民表示，这款新型信号灯很特别，不文明交通行为实时“直播”，对一些抱有侥幸心理闯红灯的市民形成震慑，毕竟这样的“上镜”机会不太光荣。

据了解，这种新型“红绿灯”叫做智能人行灯杆，集人行信号灯、抓拍摄像机、LCD显示屏幕于一体，包含声、光、视觉多维预警功能。使红绿灯从“无声无息”变得“有声有色”。人性化的是，它的提示功能包括语音提示和盲人钟提示两种。这些智能人行灯杆不仅可作为常规的人行信号灯使用，还具有非机动车、行人闯红灯，骑电动自行车不戴头盔，骑非机动车违法载人等违法及不文明交通行为抓拍的功能。一旦立柱上的智能摄像头发现这些行为，系统将自动抓拍并即刻显示在立柱自带的屏幕上，对当事人进行违法图像曝光。此外，智能人行灯杆还具有分析功能，通过摄像头对过往行人记录，根据人流车流情况，调整红绿灯放行时间，提高路面通行效率。

“目前，我市主城区已在24个路口，设置智能人行灯杆98座，科技赋能交通秩序管理将对优化交通组织、整治斑马线上的交通违法行为起到积极促进作用。”市交警支队指挥中心相关工作人员同时呼吁广大市民朋友，为了保障自己和他人的安全，请自觉遵守交通法规，文明出行。